钙钛矿太阳能电池 期待与硅“联姻”

来源:中国科学报发布时间:2020-02-19 15:48:18

钙钛矿太阳能电池因成本低、转换效率高,成为光伏领域的研究热点。但是,其稳定性、大面积制造、效率转换等诸多挑战也是国内科研人员必须直面的问题。

目前处于防控新冠肺炎的关键阶段,同大部分人一样,居家办公成为中国科学院半导体研究所研究员游经碧的日常工作方式。“之前没有时间静下心来好好看看学生的实验、进展、报告,如今正好可以集中挖掘里面的新东西,打开一些新的思路。”

两年前,游经碧课题组成功实现中国在钙钛矿电池转换效率方面世界纪录的突破。

不久前,南京工业大学先进材料研究院教授陈永华与中国科学院院士、西北工业大学教授黄维等多位合作者,研究出高效稳定的二维层状钙钛矿太阳能电池,相关论文发表于《自然—光子学》,成为离子液体应用在钙钛矿领域的又一突破。

而北京大学物理学院研究员朱瑞与中国科学院院士龚旗煌、黄维等合作,在国内率先开展了混合阳离子型钙钛矿太阳能电池在临近空间的稳定性研究,该研究作为封面文章刊登于《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版。

游经碧迫切希望,他们也能尽早开展一些更有意义的工作。

挑战一:没有稳定性就没有应用

“没有稳定性就没有应用,能否应用的主要瓶颈是稳定性问题。”游经碧告诉《中国科学报》,目前钙钛矿太阳能电池稳定性虽然有了很大提高,但想要完全满足产业化要求还需一段过程。

“若想产业化,使用寿命是最重要的。硅电池的寿命要求是25年,钙钛矿电池还差得很远,我们的发展方向也是朝着稳定性去做。”对于稳定性的重要性,陈永华表示赞同。

硅是从自然界中沙子、石头里提取出来的元素,因为在地球上已经存在几亿年,因此硅电池性能非常稳定。但其在制备过程中能耗高,对环境污染严重,成本比较高。

钙钛矿电池的优点是可用溶液法制备,如喷墨打印、卷对卷印刷、丝网印刷等,极大降低成本。如果硅电池被钙钛矿电池取代的话,电费就相当便宜了。

陈永华说,稳定性的研究目前主要集中在钙钛矿薄膜的钝化上,创新性的突破仍没有实现。他认为,除了钙钛矿活性层本身,其余功能层的设计及器件的封装技术,还需要全链条一体化设计,这就需要整合资源和团队,集中力量办大事。

“2016年前后,大家还认为稳定性是很严重的问题,但随着近几年的不懈努力和探索,很多成果涌现出来,器件的稳定性也有了显著的改善。”朱瑞相信,只要有足够的时间和投入,稳定性就不再是一个难以解决的问题。

挑战二:大面积制造、光电转换效率

作为光伏领域的新星,钙钛矿太阳能电池的商业化进程不断推进。朱瑞介绍,苏州协鑫纳米、湖北万度光能、杭州纤纳等国内公司,都专注于面向产品的研发探索,尤其是在大面积工艺、稳定性、效率等方面。

“大面积主要是工艺问题,结合基础研究取得的创新性成果,由光伏企业来主导,可以显著加快大面积化进程。”游经碧说。但他同时指出,由于目前实验室做的都是小面积,而产业化必须向大面积模块发展,大面积制造就成为另一个制约钙钛矿电池产业化的瓶颈。

游经碧表示,除了电池稳定性和大面积制备等关键问题外,还需进一步提高电池效率。但基于目前钙钛矿材料体系,电池效率的进一步提升存在诸多阻碍。

对于光电转换效率与大面积制备之间存在的问题,陈永华说,他们实验室做的也就是一平方厘米。如果面积放大,就会出现薄膜工艺改变和很多缺陷,效益和稳定性也会下降。

“由于钙钛矿具有弱光下优异的光电转换效率,室内供能应用也是钙钛矿光伏区别于传统硅基电池的一大优势,可以将室内照明和弱的太阳光利用起来。”陈永华认为,由于钙钛矿光伏材料具有轻、薄、柔、透等特点,未来在柔性电子供能上具有不可替代的优势。

他告诉《中国科学报》,与传统硅电池形成叠层电池有望大幅提高电池效率,目前国际上基于钙钛矿/硅的叠层电池效率已达到29.1%。业内认为,随着新的薄膜沉积技术的开发,更高转换效率的大面积钙钛矿电池模块指日可待。

与硅电池结合是方向

提及钙钛矿太阳能电池未来的发展方向,朱瑞表示,目前主流的观点认为有两条路可以走。一是硅电池,但该市场已经很大,这条路可能并不好走。二是与硅电池结合,这可能是未来的一个重要发展方向。

利用钙钛矿电池可以将硅电池26%的转换效率提高到30%以上,这对庞大的民用光伏市场来说极具诱惑力。因此,我国一些硅基光伏企业也开始在钙钛矿光伏方向上提前布局。

钙钛矿太阳能电池分为正式和反式两种器件结构。朱瑞所在团队一直致力于反式结构的研究,并在两年前取得突破性进展,成果发表于《科学》。他们创下了该类太阳能电池器件效率的最高纪录,器件的光电效率高达20.9%。

朱瑞表示,反式器件的一个主要优势是可以更好地与硅电池结合,可以做在硅的表面上,最终使整个器件实现超过30%的光电转换效率。

朱瑞还为记者描绘了一幅探索中的发展图景——钙钛矿太阳能电池具有低成本、可柔性制备、高能质比、优异的抗辐射性能等优势,在临近空间(距地面20~100公里的空域)发挥它的优势,为临近空间飞行器提供能源供给。这也许可以成为未来的一条重要出路。

而游经碧更关注器件性能的改善,特别是器件的光电转换效率的提高。游经碧表示,他们团队要继续保持光电转换效率的优势。目前25.2%的转换效率世界纪录为韩国所创造。他们将争取开拓一些新的制备技术,让电池效率达到国际最好水平。另外,还会开展器件稳定性和大面积电池制备的研究工作。

“我们团队通过最近开发出的离子液体钙钛矿光伏技术,摒弃了传统高毒性、不稳定的极性非质子溶剂,在稳定性上取得了较大的进展,效率也逐渐与最高水平持平。另外,我们也在做一些大面积工艺方面的工作,希望能够给产业界提供一些想法和思路。”陈永华说。

责任编辑:zhoutianwei
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
TNO携手东洋制罐推进钙钛矿产业化,计划在荷兰建厂来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-29 08:55:45

荷兰研究机构TNO、其衍生公司Perovion Technologies与日本东洋制罐集团控股公司达成合作,共同推进柔性钙钛矿太阳能电池的产业化。三方签署意向声明,制定涵盖技术开发、材料研发、卷对卷(R2R)制造工艺及组件集成的联合路线图。Perovion将依托TNO的技术基础,主导商业化转化,并计划于2030年在荷兰建设首座钙钛矿光伏薄膜R2R量产工厂;东洋制罐则提供MiraNeo平台下的先进封装材料与组件集成能力;TNO持续负责技术研发与规模化支持。该技术以轻质、柔性、可弯曲为特点,适用于传统晶硅组件难以部署的场景,如轻型屋顶、建筑立面、车辆及历史建筑等。合作旨在突破钙钛矿电池在长期稳定性与环境耐久性方面的产业化瓶颈,加速其迈向大规模生产和全球市场应用。(198字)

京东方光能申请太阳能电池组件及其制作方法专利,实现电极引线与太阳能电池电极的连接来源:金融界 发布时间:2026-10-29 08:53:46

本文介绍了合肥京东方光能科技有限公司与京东方科技集团股份有限公司联合申请的一项太阳能电池组件及其制作方法专利(公开号CN122995404A,申请于2025年4月)。该专利核心在于提出一种新型连接结构:通过第一、第二电极引线分别连接首尾两个太阳能电池的对应电极(即首电池的第一电极与末电池的第二电极),引线材料可选金属氧化物导电薄膜、金属导电薄膜,或二者叠层结构,旨在提升电极引线与电池电极间的可靠连接性能。文中还简要说明了两家申请主体的基本情况——合肥京东方光能为2024年成立的光伏领域新公司,注册资本近6亿元;京东方集团则是深耕电子制造多年的龙头企业,拥有超六万项专利。

天合光能荣获2026年度中国可再生能源学会科学技术奖一等奖来源:天合光能 发布时间:2026-10-28 09:20:54

天合光能凭TOPCon钙钛矿/晶硅叠层技术获2026年中国可再生能源科技一等奖;其3.1m²组件以907W功率、29.2%效率刷新世界纪录,实现全球首单高端户用出海;专利达758项,加速推进光储氢及AIDC智慧能源战略升级。

理光将在日本宫城县建钙钛矿太阳能电池生产基地,2030年形成数百兆瓦年产能来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-28 09:08:27

理光公司宣布将于日本宫城县的理光工业东北基地建设钙钛矿太阳能电池生产基地,该项目已入选日本GX(绿色转型)供应链发展支持项目。基地将采用理光自主研发的喷墨印刷技术制造钙钛矿太阳能电池,通过喷墨涂布方式完成各功能层沉积,避免传统工艺中的真空镀膜和激光刻蚀等复杂环节,从而简化生产流程、提高材料利用率并降低量产成本。根据规划,该基地目标在2030年前实现数百兆瓦的年产能,并在此基础上持续扩产,逐步迈向吉瓦级规模。此举标志着理光正式布局下一代光伏技术产业化,聚焦高效、低成本的钙钛矿电池本地化制造。

上智大学等开发出无铅钙钛矿太阳能电池新技术,同时提高耐久性与转换效率来源:日本经济新闻 发布时间:2026-10-27 10:52:11

上智大学等研究团队开发出一种新型无铅钙钛矿太阳能电池技术,以锡替代有毒的铅作为核心元素,旨在兼顾环境安全性与器件性能。针对锡易氧化导致结构退化、进而影响效率与稳定性的关键难题,团队设计了 Ruddlesden–Popper 型层状结构:由锡-碘无机导电层与有机分子层交替堆叠构成,并引入2-氨基苯并噻唑作为分子钝化添加剂。该结构既通过有机层阻隔水氧提升耐久性,又借助添加剂抑制锡氧化、降低界面电阻,使电池在100天后仍保持约85%的初始效率。尽管当前转换效率尚低于含铅同类器件,但该成果为安全、稳定、可实用化的钙钛矿光伏技术提供了新路径,后续工作将聚焦于效率提升与大面积制备。(199字)

3GW钙钛矿组件产业化项目落户浙江来源:潮起滨海 发布时间:2026-10-26 08:57:54

10月22日,浙江绍兴越城区与滨海新区举行重大招商对接活动,正式签约中显光电智能制造基地和协鑫光电钙钛矿光伏组件产业化两个项目,总投资超百亿元。其中,协鑫光电项目规划建设3GW钙钛矿光伏组件量产线,旨在打造全球领先的规模化钙钛矿光伏生产基地,抢占下一代光伏技术制高点;中显光电项目则聚焦AI算力服务器主板PCBA制造,助力杭绍算力硬件产业协同发展。两项目紧扣区域集成电路、新能源(新材料)、高端装备等主导产业方向,是越城区与滨海新区实施先进制造业强区战略、培育新质生产力的重要举措。当地政府表示将持续优化营商环境,全力保障项目落地建设,推动上下游产业集聚与区域高质量发展。(198字)

晋能控股光伏制造有限公司与纤纳光电开展钙钛矿-晶硅叠层技术交流来源:晋能清洁能源科技股份公司 发布时间:2026-10-22 09:16:36

晋能控股光伏制造与纤纳光电就钙钛矿-晶硅叠层电池技术深度交流,聚焦大面积、高稳定关键技术攻关及研发线建设。双方将共建“研发-实证-转化”创新联合体,加速产业化落地,助力山西能源转型与光伏新质生产力发展。

松下控股将玻璃型钙钛矿太阳能电池量产提前一年,计划2029年4月投产来源:广角观察 发布时间:2026-10-21 14:16:04

松下控股宣布将玻璃型钙钛矿太阳能电池的全面量产时间提前一年,由原定的2030财年调整为2029年4月,并将在日本滋贺县长滨市的量产技术开发基地正式启动。此举旨在加速该新型光伏技术的商业化进程。在此之前,公司已于2026年9月启动先行量产,相关产品目前由大阪府守口市的研发基地生产,主要用于面向客户的试用与实证,以积累实际安装、运行及维护经验,为后续规模化量产夯实技术与应用基础。

站起来的“钙钛矿”!极电光能以硬核实证探索光伏价值新空间来源:极电光能 发布时间:2026-10-16 09:30:36

本文介绍了极电光能在国内首个钙钛矿双面发电组件垂直安装实证项目——位于河北张家口国家风光储输示范基地的运行成果。项目于2023年8月启动,对南北、东西向垂直安装的钙钛矿组件开展近一个半月的并网实测。数据显示:组件双面率达79%,系统效率(PR值)平均接近100%;在早晚低辐照时段形成双发电高峰,精准匹配电网负荷与分时电价高峰;阴雨天(日辐照<2kWh/㎡)下PR值仍达106.5%–129.3%,凸显优异弱光响应与温度稳定性。文章进一步指出,垂直安装模式突破传统地面平铺局限,适配光电建筑、高速声屏障、农光互补等多元场景,标志着钙钛矿光伏正从技术验证迈向高价值商业化应用新阶段。(199字)

11月2日正式发布 AD/CVD 征税令——美国裁定印度、印尼、老挝光伏产品构成实质损害来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-16 08:49:59

美国国际贸易委员会(USITC)于2026年作出最终裁定,认定从印度、印度尼西亚和老挝进口的太阳能电池及光伏组件对美国本土产业造成实质性损害。该裁决基于美国光伏制造贸易联盟(AASMT)2025年7月提交的请愿书,并继美国商务部(DOC)同年9月确认上述三国产品存在倾销与补贴行为后作出。据此,DOC将于2026年11月2日正式发布反倾销与反补贴(AD/CVD)征税令,税率依国别和企业而异,海关将同步开始征收现金保证金。此举标志着美国光伏贸易救济范围继柬埔寨、马来西亚、泰国、越南之后,进一步扩展至印、印尼、老挝三国。AASMT同时正推动针对埃塞俄比亚组装、含中国零部件光伏产品的调查,并联合其他联盟应对韩国等地可能存在的关税规避行为。(199字)

正泰新能两项钙钛矿叠层光伏技术入选2026年第一批科技计划项目拟立项(备案)公示来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-10-12 06:16:00

海宁市科技局于2026年9月30日至10月13日公示2026年第一批科技计划项目拟立项名单,其中正泰新能科技股份有限公司牵头申报的两项钙钛矿叠层光伏技术项目入选。一项为产学研合作项目,聚焦高效稳定的钙钛矿/TOPCon叠层太阳电池研发,由何晨旭负责;另一项为科技型企业备案制项目,致力于钙钛矿/晶硅四端叠层技术开发,由李晓伟负责。两个项目均执行期为2026年7月1日至2029年6月30日,实施地位于海宁市黄湾镇。此次立项反映了海宁市对下一代高转换效率光伏技术的重点支持,也凸显正泰新能在钙钛矿叠层电池前沿方向的技术布局与研发实力。(198字)